雷达压制干扰有效性研究与评估

幸涛 李波波

摘  要：评估雷达干扰有效性的目的是获得雷达干扰有效、无效的程度。基于干扰有效性的定义与研究目的，对压制干扰的有效性进行研究与推导，结合工程实践数据，对于不同航线下干扰机对地面某雷达的干扰过程进行仿真，对试验的干扰有效性和干扰效果进行评估，通过与试验数据对比，评估得到的干扰有效性和干扰效果与试验分析结果基本一致，也说明评估方法的可行性。

关键词：压制干扰;干扰有效性;干扰评估

中图分类号：TN974       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）20-0034-05

Research and Evalution on Radar Suppression Jamming Effectiveness

XING Tao1，LI Bobo2

（1.Military Representative Office of PLA Air Force Equipment Department in Zhengzhou，Zhengzhou  450002，China;

2.The 27th Research Institute of CETC，Zhengzhou  450047，China）

Abstract：The purpose of evaluating the effectiveness of radar jamming is to obtain the effective and ineffective degree of radar jamming. Based on the definition and research purpose of jamming effectiveness，research and derive the effectiveness of suppression jamming. Combining with engineering practice data，simulate the jamming process of jammers on a certain ground radar under different routes，and evaluate the jamming effectiveness and jamming effect of the experiment. By comparing with the test data，the jamming effectiveness and jamming effect evaluated are basically consistent with the test analysis results，which also shows the feasibility of the evaluation method.

Keywords：suppression jamming;jamming effectiveness;jamming evaluation

0  引  言

雷达对抗效果是雷达对抗活动对敌方作战能力造成的影响。雷达对抗效果评估是对规定条件下的雷达对抗作战行动的结果及其造成的影响进行的定量和定性分析。雷达对抗作战行动的结果包括对直接受干扰对象的软、硬杀伤情况，其造成的影响涉及受直接干扰对象控制的部队、武器装备或系统的作战能力。雷达对抗效果的目的是得到对抗有效、无效的结论，是定性的。评估雷达干扰有效性的目的是获得雷达干扰有效、无效的程度，是定量的。

目前，军事代表室和二十七所进行了多项军民融合项目的合作，涵盖多种系统的开发及试验评估。在某项目中，双方合作共同进行了某机载雷达对抗系统的试验与评估，双方在该试验设计过程中总结了新的评估方法，提高了试验和评估的效率，特别是雷达干扰效果评估方面。本文在新的方法应用到项目实践并反复验证之后，将部分的成果进行总结、归纳，对雷达干扰有效性的评估方法进行介绍，结合案例做了研究和仿真，为后期其他对抗系统的试验评估提供新的方法。

1  干扰有效性介绍

1.1  定义

干扰有效性主要用于以下几点：

（1）在干扰效果评估中，补充说明干扰有效、无效的程度或确定获得规定干扰效果有多大的可能性。

（2）在雷达对抗装备的论证或设计中，确定满足指标的保险系数。

（3）在对抗作战资源需求分析时，确定装备或其能力的冗余度。

干扰有效性是在规定件下的干扰效果或作战效果满足干扰有效性评价指标或作战要求的程度，也是规定条件下的干扰效果或作战效果落入有效干扰区的概率。所谓规定条件包括规定的作战环境、特定的装备、制定的目标和配置关系等。干扰有效性是实际获得或预计可获得的干扰效果或作战效果与干扰有效性评价指标的比较结果，相当于用干扰有效性评价指标归一化的干扰效果和作战效果，其值在0～1之间。

干扰有效性评估是已有干扰效果评估方法和应用范围的拓展和补充，与已有干扰效果评估方法相比，既有相同或相似的地方，又有不同之处。相同的地方有以下几点：

（1）都用比较法。所谓比较法就是把预计可达到的或实际达到的干扰效果与有效干扰要求或作战要求的干扰效果进行比较。有效干扰要求或作战要求的干扰效果就是比较标准或干扰有效性评价指标。

（2）都需要计算干扰效果及其评价指标。比较法有两个要素，一个是根据参战装备的参数、保护目标的特性和配置关系等预计或实际测试得到的干扰效果，另一个是根据作战目标和作战任务确定的干扰有效性评价指标。

（3）有相同的评价指標和相同数量且一一对应的判断干扰是否有效的模型。

1.2  研究目的

雷达干扰有效性或雷达干扰效果评估可用于雷达对抗装备的研制、试验、采购和作战使用等。研究雷达干扰有效性评估的主要目的在于以下几点：

（1）推荐一种新的雷达干扰效果评估方法。这种评估方法除了能说明干扰有效、无效外，还能说明干扰有效、无效的程度。

（2）扩大雷达对抗作战对象和干扰效果的评价范围。把雷达支援侦察设备和反辐射武器列为雷达对抗作战对象，把干扰结果对武器系统或武器造成的影响纳入雷达对象效果评估范围。

（3）增加雷达对抗效果的定量评估方法和数学模型，以满足作战使用、外场试验和内场测试的需要。

（4）扩大干扰效果评估准则的应用范围。在信息准备中增加评价干扰信号和干扰技术组织、实施优劣的准则;在战术运用准则中增加评价雷达对抗装备组织、使用策略优劣的准备和确定干扰有效性评价指标的同风险准则。

（5）介绍判断干扰是否有效的标准，即干扰有效性评价指标的确定方法，建立有关的数学模型并确定部分评价指标的数值。

2  压制干扰有效性研究

2.1  压制扇面

当受干扰雷达天线扫描时，点干扰源在雷达平面位置显示器（PPI）上形成的干扰区呈现扇形，称为干扰扇面。在干扰扇面中，雷达发现目标的概率满足作战要求的区域也呈扇形，称为有效干扰扇面或压制扇面[1]。图1为干扰扇面、压制扇面和最小干扰距离之间的关系。

图中的大圆为雷达的方位威力区，小圆为有效干扰要求的最小干扰距离的端点在方位面的轨迹。圆环内画横线的部分为干扰扇面，深色区域的部分为压制扇面。由此可知，压制扇面既要满足最小干扰距离要求，又要满足检测概率要求。不难看出最小干扰距离和压制扇面评价指标的关系，最小干扰距离是压制扇面等于雷达天线方位波束宽度的特殊情况下的干扰效果。

2.2  压制区

在雷达对抗中，既有保护目标或雷达平台从特定方向进入战区的情况，也有从任意方向进入的情况。为此必须考虑对所有可能进入方向的干扰情况，本文要确定压制区的完整形状和描述其形状的边界方程[2]，研究压制区的形状及其边界方程是评估干扰效果、干扰有效性和制定装备配置方案的需要，也是确定保护目标进入或退出战区的最佳路径、重点保护区域和干扰资源需求分析的需要。

与压制扇面一样，压制区也是指空间压制区在方位面或俯仰面的投影，需要用空间能量对抗关系确定压制区及其边界方程。多数雷达如地对空，舰对空，地对地或舰对舰等的PPI显示平面对应着雷达的方位面，这里只讨论干扰的方位压制区、方位压制区边界方程及其建模方法。此方法也适合确定俯仰面的压制区及其边界方程。如果只评估一个面的干扰效果，可假设雷达天线的方位和俯仰波束形状完全相同，用式（1）计算干扰方向失配损失。

（1）

其中，K（θj）为方位向的干扰方向适配损失，θ0.5为雷达波束宽度，θrm为雷达天线方向图从过渡区开始进入平均旁瓣取的角度，θj为目标与干扰机相对雷达的张角，ka为修正系数。

图2为雷达和干扰机固定但保护目标可能从任意方向接近雷达的配置示意图。假设受干扰雷达和干扰机同处于显示平面上，相当于地对地干扰或舰对舰干扰保护空中目标。图中T为目标位置，J为干扰机位置，O为雷达位置，G为目标在显示平面上的投影点，θj为目标与干扰机对雷达的张角，β为仰角，Rj为干扰机到雷达的距离，Rt为目标到雷达的距离，Dt为雷达到G点的距离，H为目标相对显示平面的高度。

当一部干扰机掩护一个目标条件下的最小干扰距离Rmin为：

（2）

Pt为雷达发射功率，Gt为雷达天线增益，σ为目标雷达截面积，Kj为压制系数，Rj为干扰机到雷达的距离，Lr为雷达系统损耗，Lj为干扰机系统损耗，Pj为干扰机发射功率，Gj为干扰机天线增益，δ为电波传播衰减系数。

依据图2和有关假设条件以及式（2）干扰机实际能达到的空间最小干扰距离：

（3）

Rjmin为干扰机自身能达到的空间最小干扰距离，式（3）其他符号的定义见式（2）。根据目标相对显示平面的高度H或仰角β，可将目标到雷达的距离Rt和空间最小干扰距离Rjmin投影到显示平面，设两距离在显示平面的投影，即雷达到G点的距离和Rjmin在显示平面的投影距离分别为Dt和Djmin，它们与Rt、Rjmin和H的关系为：

（4）

若选择OJ射线为方位参考基线，θj既是干扰天线与雷达天线指向的夹角在显示平面上的投影，也是目标与干扰机相对雷达的张角。干扰能达到的空间最小干扰距离在显示平面的投影为：

（5）

在图2中，θj变化范围很大，可从0°变化到±180°，需要考虑遮盖性样式对雷达天线主瓣区、平均旁瓣区和从主瓣到平均旁瓣过渡区的压制性干扰情况。将式（1）带入式（5），并整理得此种情况的压制区边界方程：

（6）

若三种装备同处于显示平面，即H=β=0，则式（6）简化为：

（7）

当雷达、干扰机、目标参数和压制系数确定后，A为常数并有：

（8）

3  仿真与评估

3.1  干扰压制区的干扰有效性仿真

由假设条件知，在式（7）中只有θj是变量。如果令θj从0°等步长变化到180°，θj每增加一步，就用式（7）计算干扰可达到的空间最小干扰距离在显示平面的投影Djmin。适当选择θj的步长，就能得到在任意方位可达到的最小干扰距离。若以图2的雷达位置O为极点，OJ射线为极轴，空间最小于扰距离在显示平面的投影Djmin为极径，θj为极角，建立极坐标系。按θj从小到大的顺序把其对应的Djmin画到上述极坐标系中，并将这些最小干扰距离的端点顺序连接起来，构成闭合曲线。该闭合曲线就是干扰实际可达到的或预计能达到的壓制区边界曲线，其形状为心形，如图3的实线所示。

图中实线内的部分为暴露区，实线外的部分为压制区[3]。为了便于直观判断干扰是否有效或确定满足有效干扰要求的程度，图中用虚线给出了作战要求的空间最小干扰距离在显示平面的投影Dminst端点θj随的变化轨迹，即分界圆。由压制区与分界圆的关系可确定满足作战要求的有效掩护区θsc，即图3的OA和OB两射线之间的且处于压制区边界曲线以外的部分。

按照上面的作图方法，不难绘出任意高度的压制区。由式（6）和图2知，β随H的增加而增加，而Djmin随β的增加而减小，暴露区随Djmin的减小而减小，最后变为一个点。虽然暴露区随高度增加而减小，但不同高度的暴露区的形状相同，即压制区平行于显示平面的截面形状与H=0时的相同。出现这种现象的原因是，目标到雷达的距离随高度而增加，但干扰机到雷达的距离固定不变。令式（6）等于0并对高度求解得使暴露区为0的H值，设该高度等于Hm。虽然暴露区缩小成一个点，但仍然随目标的进入方向而变化，在接近±θrm方向有最大值，在0°方向有最小值。

以某机载远距离支援干扰机和某地面雷达为例，详细参数如表1所示，掩护目标为某歼击机，雷达面积为15 m2，进行仿真[4]。

在实际作战中，干扰方能知道雷达和干扰机的位置，目标可选择比较有利的区域进入，不一定要求有效掩护区覆盖360°范围。设用角度范围表示的有效干扰要求的掩护区为θscst，θscst就是这种场合的干扰有效性评价指标，其最大值为360°。设干扰机自身可达到的或预计可达到的有效护区为θsc，干扰是否有效的判别式为：

（9）

确定有效掩护区θsc有两种方法，一种是作图法，另一种为解析法。作图法详见图3实曲线的做法和过程的说明。只要θj的步长取得足够小，用作图法能得到十分精确的压制区边界和有效掩护区。解析法就是联立压制区边界方程和分界圆方程，求两者的交点。因压制区对称于雷达和干扰机的连线，这种交点有两个，对称于OJ连线。两交点在干扰机方向相对雷达的张角就是所求的有效掩护区θsc。

如图4所示，干扰机设计指标要求的最小干扰距离与压制区边界的交点，即有效掩护区θsc为31.434 8°，大于要求的θscst（30°），干扰机满足干扰能力要求，初步判定干扰有效。

而式（7）有三种情况的解，可合写为：

（10）

如果作战要求的最小干扰距离时空间距离Rminst，计算有效掩护区时要求将其投影到显示平面，即：

（11）

由图3知，如果不考虑θsc内能掩护目标的部分，θsc和有效压制扇面θ有相同含义。可用一句压制扇面评估干扰有效性的方法近似估算该条件下的干扰有效性。把A代入式（11）并整理得θsc得瞬时值：

（12）

令目标的雷达截面等于其均值  得θsc的平均值：

（13）

其中， 。

3.2  试验中的干扰评估

干扰机的干扰能力发挥受很多因素影响，比如掩护目标进入的角度（即与干扰机、雷达的相对位置）不同、飞行的航线等，本文设计了3条突防航线，分析评估飞行过程中的实际干扰效果。坐标原点为雷达位置，黑色线为干扰机航线，掩护目标的突防航线如图5所示。

机载干扰机掩护突防目标对雷达进行突防，掩护目标从航线右侧端点进入，沿航线至左侧飞行，航线与雷达最近距离50～60 km（小于要求的80 km）;干扰机由上至下飞行，干扰航线距离雷达300 km，突防飞机和干扰机巡航速度为800 km/h和500 km/h，飞行过程中掩护目标与干扰机相对雷达的实时张角，即瞬时干扰角度如图6所示。

由图6可知，两条水平直线为有效干扰要求的掩护区θscst，航线2掩护目标在突防起始阶段处在干扰机有效压制区边界之外，因而容易被雷达截获，航线1、3则全程处在有效压制区内，航线3的干扰角度绝对值始终保持在5°以内，干扰機对雷达的压制干扰有效。根据最小干扰距离方程，由瞬时干扰角度，可得到掩护目标在航线上相应的最小干扰距离，如图7所示。

由图7可知，水平直线为有效干扰要求的最小干扰距离，在航线2起始阶段，干扰机在掩护目标方位上对雷达的最小干扰距离大于80 km，干扰效果与图6一致;航线1、3下的瞬时最小干扰距离全程处在80 km内，干扰效果也与图6一致。同时通过对比航线1、3在图6和图7中的结果可知，在满足干扰有效性条件下，航线1比航线3的干扰效果更优，干扰机飞行试验可参考航线3进行。

通过将仿真结果与飞行试验数据对比，不同航线和试验条件下的干扰效果与上面的评估结果基本一致，同时，此评估方法也在飞行试验的规划和设计中，得到了初步应用，提高了试验效率和成功率。

4  结  论

本文结合试验参数，对某机载雷达对抗系统对地面雷达的干扰有效性和实际干扰效果进行了分析和评估，为干扰机干扰试验的分析与评估提供方法，经实践此方法是可行的，通过反复对比和验证之后，将部分成果总结、归纳，同时对干扰航线的规划提供一定参考，后期将拓展评估对象，形成较为全面的评估体系，丰富干扰效果评估内容。

参考文献：

[1] HANNEN P J.雷达与电子战导论：第4版 [M].李轲，卢建斌，包中华，等译.北京：国防工业出版社，2017.

[2] 崔炳福.雷达对抗干扰有效性评估 [M].北京：电子工业出版社，2017.

[3] SKOLNIK M I.雷达系统导论：第3版 [M].左群声，徐国良，马林，等译.北京：电子工业出版社，2014.

[4] MAHAFZA B R，ELSHERBENI A Z.雷达系统设计MATLAB仿真 [M].朱国富，黄晓涛，黎向阳，等译.北京：电子工业出版社，2009.

[5] 刘锋，黄宇，王泽众，等.复杂信号侦察理论及应用（下册） [M].北京：科技出版社，2016.

[6] 方振平，陈万春，张曙光.航空飞行器飞行动力学 [M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

作者简介：幸涛（1988—），男，汉族，河南新郑人，助理工程师，硕士，研究方向：机载雷达对抗系统试验与评估。